东华大学侯成义研究员等 ACS Nano：用于主动脑电交互的自适应皮肤界面材料

2022-10-28 来源：高分子科技

基于主动脑电的人机交互在多个领域展现出巨大的应用潜力。为了提高主动脑电交互的准确性，同时提高脑电信号采集质量，开发一种能够自适应头皮结构的界面材料至关重要。目前，大多数脑电采集用界面材料无法与头皮结构完全贴合，导致了信号质量的降低；同时，脑电帽的存在也使得人机交互的应用场景受到了限制。

东华大学侯成义研究员等人（http://pilab.dhu.edu.cn/afmg）提出了一种自适应皮肤界面材料并利用其高效采集主动脑电信号，演示了在“脑-脑”、“脑-机”交互中的应用。成果以“MXene-Enabled Self-Adaptive Hydrogel Interface for Active Electroencephalogram Interactions”为题发表在ACS Nano期刊，东华大学材料科学与工程学院博士生罗加贝为本文第一作者。

图1 PAAS-MXene的机理及性能

现有脑电采集方法需要脑电帽与导电膏配合使用，然而导电膏的低流动性使其与头皮的贴合质量不佳，脑电帽的佩戴也影响了日常使用的便捷性与美观性。研究团队利用PAAS基离子导电凝胶预聚液良好的流动性使其快速适应头皮结构，并利用MXene作为交联剂使该界面材料（PAAS-MXene）在五秒内快速固化于皮肤表面。该方法使得电极与皮肤界面阻抗得到了明显的降低，从而提高了生物电信号采集的质量。PAAS-MXene表现出优异的电学性能，包括出色的极化电位稳定性（<6.5×10^-4 V/min）、在生理相关频率下极低的阻抗（<50 Ω）、以及稳定的电学性能（离子电导率与阻抗在拉伸1000次后变化微弱），这些都有利于生物电信号的采集。

图2 PAAS-MXene的主动脑电采集与交互示意图和应用方法

PAAS-MXene具有良好的皮肤粘性，因此无需脑电帽进行固定。在无帽式脑电采集实验中，利用PAAS-MXene采集脑电信号实现了比现有脑电帽方法更好的信号采集结果。

图3 基于PAAS-MXene的交互系统及其应用演示

基于此，作者提出了一套完整的主动脑电实时交互方案，利用大脑进行特定思考所产生脑电信号的特异性，通过主动意识输出指令信号，由此控制昆虫的飞行、人工肌肉的收缩以及智能眼镜的变色。与现有基于脑电帽的电极材料与测试方法相比，本工作报道的PAAS-MXene皮肤界面材料对主动脑电指令识别的准确度显著提高。

近年来，研究团队在光电子纤维、人机交互、智能服装等领域取得了系列进展（Adv. Mater. 2021, 33, 2104681. Adv. Mater. 2021, 33, 2100782. Adv. Mater. 2021, 33, 2007352. Nat. Commun. 2019, 10, 5541. Nat. Commun. 2019, 10, 868. ACS Nano 2022, 16, 2188. ACS Nano 2022, 16, 12635. ACS Nano 2018, 12, 3759. Science, 2019, 365, 150.）。长期欢迎材料、信息、纺织、服装等领域的博士后、博士研究生、硕士研究生加入！

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c08961

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（责任编辑：xu）

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